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Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Simulação do comportamento escória/aço durante o esgotamento da panela através de modelagem física
Autor(es): Cesar Takaci Sato
primer Tutor: Roberto Parreiras Tavares
primer miembro del tribunal : Varadarajan Seshadri
Segundo miembro del tribunal: Carlos Antonio da Silva
Tercer miembro del tribunal: Joaquim Gonçalves Costa Neto
Resumen: A escória é fundamental ao processo produtivo do aço, pois o protege contra reoxidação e perda térmica. Além disso, ela pode afetar a produtividade do processo assim como a qualidade do aço quando não há um controle da passagem de escória saindo da panela e indo para o distribuidor no lingotamento contínuo. Uma passagem excessiva aumenta o volume de escória no distribuidor, potencializando o ataque químico dos refratários, limitando o número de corridas por seqüência. A interrupção prematura do vazamento é utilizada para evitar a passagem de escória, porém esta ação leva a uma quantidade residual significativa de aço dentro da panela, implicando em perda no rendimento metálico e, conseqüentemente, no aumento do custo de produção do aço. A passagem descontrolada de escória também pode acarretar em emulsificação da escória com o aço, levando a um arraste de escória, contaminando o produto final de inclusões não-metálicas. Isto pode afetar de forma negativa as propriedades mecânicas do produto final.Dentro desta dissertação, um modelo físico da panela da Belgo - Usina de Monlevade foi construído em acrílico, na escala 1:3. Neste estudo, foi avaliado o comportamento da interface aço/escória (simulados, respectivamente, por água e óleo de silicone) no momento do escoamento para o distribuidor. Foi dada ênfase ao fim do esvaziamento da panela, onde a ocorrência de formação de vórtice acentua o arraste/emulsificação do óleo de silicone com a água. Para a realização dos testes, foi executado um Planejamento De Experimentos (PDE) ou Design Of Experiments (DOE), onde os seguintes fatores foram testados em dois níveis: - Vazão de saída da água da panela, 19 l/min ou 28 l/min; - Tempo de espera (tempo decorrido após o enchimento da panela até o início do esvaziamento), 1 minuto ou 30 minutos; - Uso ou não de rinsagem durante o esvaziamento da panela; - Presença ou não do dispositivo anti-vórtice na inibição do arraste de material sobrenadante; - Presença ou não de óleo de silicone simulando a escória. A variável resposta foi a altura crítica, isto é, a altura de água correspondente ao momento em que o detector de escória indicou a presença do ar e/ou óleo de silicone próximo ao orifício de saída da panela (a presença do ar e/ou óleo pode ser devido ao vórtice ou escoamento do tipo dreno). É importante ressaltar que quanto mais baixo for este valor, infere-se um maior aproveitamento do aço, isto é, um maior rendimento metálico da aciaria sem afetar a qualidade do aço. O estudo mostrou que a simulação física do esvaziamento da panela foi eficaz para identificar os parâmetros mais importantes para avaliar o vórtice e minimizar o arraste e emulsificação do ar ou óleo de silicone com a água para a válvula de saída. Foi concluído que houve uma diferença significativa entre as alturas críticas quando se simulou o esvaziamento da panela com e sem a presença do óleo de silicone (em valores médios, 12mm e 3mm, respectivamente). Este fato é importante, pois deste modo não se pode comparar os resultados dos testes realizados somente com água com os experimentos onde há a presença de água e de um óleo sobrenadante simulando a escória. Outros fatores que mostraram efeitos significativos sobre a altura crítica foram a vazão de saída da panela e a presença do dispositivo anti-vórtice, levando em consideração a presença de óleo de silicone. Quando se compara a vazão de 19 l/min com a de 28 l/min nas mesmas condições, a altura variou de 12mm para 18mm, ou seja, a influência da alteração da vazão levou a formação do vórtice a uma altura 51% maior. Analisando a atuação do dispositivo anti-vórtice, foi verificado que o efeito da presença do dispositivo reduziu a altura crítica de 17mm para 12mm, uma diferença de quase 41%. Portanto, o desenho concebido neste estudo, onde foi visada uma peça anti-vórtice simples e funcional, provou-se eficiente para reduzir a altura de formação do vórtice.
Abstract: Slag is present in the majority of the operations involved in steelmaking processes and plays a significant role in protecting steel from reoxidation. During the transfer of liquid steel from the ladle to the tundish, an inadequate slag carryover from the ladle increases the amount of slag in the tundish. This phenomenon can lead to excessive wear of the refractories of the tundish. Slag emulsification in the steel can also cause serious problems with non-metallic inclusions. To prevent these problems, it is usual to stop the teeming prematurely, leaving a considerable amount of steel in the ladle. This technique is not very satisfactory from an economic point of view. In the present investigation, vortex formation during the transfer of liquid steel from the ladle to the tundish was studied using physical modeling. A physical model of the ladle used at Belgo-Monlevade Steelworks was built in a 1:3 scale. In this model, water was used to simulate liquid steel and silicon oil for simulating slag. A DOE (Design Of Experiments) was implemented and the effects of the following factors and levels on vortex formation were analyzed: - Water flow rate coming out of the ladle (19 l/min or 28 l/min);- Waiting time the time interval between the complete filling and the start of the teeming of the ladle. (1 minute or 30 minutes); - Air bubbling through the bottom of ladle (with or without air injection); - Silicon oil use for simulating the slag (with or without oil); - Anti-vortex device (with or without this device). The response for each experiment combination was the water height (critical height) at the onset of vortex formation. Based on the results of the present investigation, some observations can be described. The ladle teeming physical simulation has shown that it was possible to identify the most important parameters for evaluating the vortex formation (critical height) and silicon oil and water emulsification. By comparing the simulation results of water with or without silicon oil, a significant difference was found for the critical height. Tests which were used silicon oil for simulating slag had obtained 12mm. Tests that were used only water had found 3mm. It is an important observation to highlight due to fact that simulations using only water and simulations using water and oil supernatant are not comparable. Besides, the results had indicated huge effects for water flow rate and the presence of anti-vortex device, considering the silicon oil use. By comparing waterflow rate on the same parameters, the critical height was 12mm for 19 l/min and 18mm for 28 l/min, which means the water flow rate modification led to a vortex formation higher than 51%. By analyzing the effectiveness of anti-vortex, the use of this device had reduced the critical height from 17mm for 12mm. Almost 41% according to level difference. That result had shown that a singular and simple device was effectiveenough to reduce the critical height.
Asunto: Engenharia metalúrgica
Engenharia de minas
Escória
Aço Metalurgia
Metalurgia extrativa
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7R5NH7
Fecha del documento: 23-mar-2007
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